O que é Multi Jet Fusion (MJF)? Explicado por Hubs

Hoje, designers e engenheiros têm muitas opções quando se trata das muitas tecnologias e materiais de impressão 3D disponíveis. Neste artigo, destacamos o Multi Jet Fusion (MJF) , a tecnologia de impressão 3D proprietária da HP como uma solução viável para muitas aplicações complexas e industriais. Entramos em como funciona, seus benefícios e se é a tecnologia certa para suas peças.

Se você estiver interessado em saber mais sobre a tecnologia de impressão 3D disponível nos Hubs, acesse nossa página de serviço de impressão 3D .

O que é impressão 3D Multi Jet Fusion (MJF)?

O Multi Jet Fusion (MJF) é um processo de impressão 3D que produz rapidamente peças complexas precisas e finamente detalhadas com termoplásticos em pó.

Como pode fornecer peças de forma consistente e rápida com alta resistência à tração, resolução de recursos finos e propriedades mecânicas bem definidas, os serviços de impressão 3D MJF rapidamente se tornaram a solução de manufatura aditiva (AM) para aplicações industriais. É comumente usado para fabricar protótipos funcionais e peças de uso final, peças que precisam de propriedades mecânicas isotrópicas consistentes e geometrias orgânicas e complexas.

Para uma referência rápida e detalhada, assista ao nosso vídeo sobre MJF.

Como o MJF foi desenvolvido?

Introduzido no mercado pela primeira vez em 2016, o MJF foi desenvolvido pela HP Additive, com base na experiência da empresa em tecnologia de impressão a jato de tinta e mecânica de precisão. O desenvolvimento do MJF pode ser rastreado até várias décadas antes.

Na década de 1990, a manufatura aditiva (MA) estava começando sua transição, deixando de ser usada apenas para pesquisa e desenvolvimento. As aplicações industriais no mundo real na manufatura estavam à vista. No entanto, a velocidade rapidamente se tornou um obstáculo fundamental nessa transição. Em comparação com a moldagem por injeção ou estampagem de metal, por exemplo, a maioria das impressoras 3D demorava muito para produzir peças.

Uma abordagem que os primeiros adotantes da tecnologia de impressão 3D adotaram para acelerar a produção foi usar “fazendas” ou matrizes de várias máquinas. A ideia era imprimir em maiores quantidades com o poder extra de usinagem. A HP optou por uma abordagem mais integrada e focada na automação.

Em seu hub global de AM em Barcelona, ​​a HP desenvolveu um sistema que construía peças camada por camada em um grande leito de material em pó, com maquinário adicional anexado para pós-processamento contínuo. Semelhante a Sinterização seletiva a laser (SLS) e outros projetos de fusão em leito de pó, este sistema evoluiu para a tecnologia MJF atual.

Como funciona o Multi Jet Fusion?

Usando uma matriz de jato de tinta, o MJF funciona depositando agentes de fusão e detalhamento em um leito de material em pó, depois os fundindo em uma camada sólida. A impressora distribui mais pó em cima da cama e o processo se repete camada por camada.

Aqui está um passo a passo de como MJF constrói peças:

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  A unidade de construção móvel é colocada na impressora
  
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  O carro de revestimento de material se move pela área de construção, depositando uma fina camada de material em pó
  
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  O carro de impressão e fusão se move pela área de construção, pré-aquecendo o pó a uma temperatura específica para fornecer consistência ao material
  
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  Uma série de bicos de jato de tinta funde agentes no leito de pó em áreas que correspondem à geometria e propriedades da peça
  
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  Depois que cada camada é concluída, a unidade de construção se retrai para criar espaço para a próxima camada de material a ser depositada
  
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  Esse processo se repete até que a compilação seja concluída
  

Quando o processo de impressão termina, a unidade de construção contém a peça impressa e o pó não fundido. Você usa uma estação de processamento separada, conectada à unidade de construção móvel, para resfriar e desembalar a peça e recuperar o excesso de pó para uso posterior. O jateamento de miçangas ajuda a remover qualquer pó restante e permite que você avance para etapas mais cosméticas.

Quais materiais o MJF usa?

Em geral, você pode dividir os materiais usados ​​para MJF em plásticos rígidos e plásticos flexíveis. Os plásticos rígidos incluem Nylon PA11, Nylon PA12 e PP, enquanto os plásticos flexíveis incluem Estane 3D TPU M95A. O sistema da HP se concentra principalmente em materiais de poliamida, desenvolvidos pela HP e seus parceiros.

Aqui está uma lista dos materiais de impressão 3D MJF disponíveis na plataforma Hubs.

Material	Descrição
HP PA 12 (Nylon 12)	O Nylon 12 é um termoplástico robusto com excelentes propriedades físicas e resistência química, ideal para protótipos funcionais e aplicações de uso final.
HP PA 12 cheio de vidro	O nylon com fibra de vidro é reforçado com contas de vidro e cria peças com maior rigidez e estabilidade térmica do que o nylon padrão.

Como funciona o pós-processamento de MJF?

Semelhante a outros processos de fabricação, o processamento adicional é necessário antes que uma peça esteja pronta para prototipagem ou aplicações de uso final. No entanto, o pós-processamento com MJF é relativamente leve em comparação com outras tecnologias AM.

Ao terminar um trabalho de impressão, você fica com uma unidade de construção preenchida com uma camada tridimensional de pó não fundido, com a parte enterrada dentro.

Estas são as principais etapas no pós-processamento de MJF:

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  Resfriamento: Isso ocorre dentro da unidade de construção, embora a HP ofereça unidades modulares para resfriamento natural, para que a unidade de construção possa ser usada para uma nova impressão sem ter que esperar que o pó e a peça esfriem.
  
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  Recuperando pó não fundido: Depois que a unidade de construção esfriar, mova-a para a estação de processamento e aspire o pó não fundido em um recipiente para uso posterior.
  
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  Jato de esferas: Remova qualquer pó restante com jateamento de esferas, jateamento de ar ou jateamento de água. Você pode fazer isso manualmente ou automaticamente, usando um copo, limpador ultrassônico ou máquina de acabamento vibratório.
  

Depois de remover todo o material em pó residual, você pode ter que passar por mais pós-processamento. Isso depende da peça. Por exemplo, considere o pós-processamento necessário para processos de fundição. Você pode precisar fazer mais usinagem para recursos como superfícies de contato, furos, tolerâncias que excedem as capacidades de MJF e roscas internas. Além disso, atender a requisitos técnicos específicos pode exigir que você lixe a peça manualmente.

Quais são as vantagens do MJF?

Se você deseja criar protótipos funcionais e produções relativamente pequenas de peças de uso final, o MJF deve ser sua solução. O MJF é excelente para construir peças muito mais fortes do que o SLS pode produzir. As peças construídas com MJF têm resistências à tração máximas XY e Z 48 MPa/6.960 psi com o método ASTM D638.

Além disso, o MJF é realmente bom em produzir propriedades mecânicas em todas as direções da geometria da sua peça. Portanto, se você estiver fazendo peças com designs complexos e multifacetados que também vêm com recursos menores que precisam ser robustos, o MJF é a opção mais viável.

A MJF produz peças funcionais para uso final sem necessidade de muita pós-produção. Comparado a outras tecnologias AM, é mais rápido e oferece automação mais robusta, o que significa prazos de entrega muito mais curtos e superfícies de alta qualidade com intervenção humana mínima.

Para alcançar sua rapidez, o MJF digitaliza consistentemente a superfície da peça que está imprimindo a cada passagem, mesmo se você estiver usando para imprimir várias peças de uma só vez. Isso proporciona velocidades de construção mais rápidas em comparação com outras tecnologias, mesmo com grandes quantidades de peças.

Por que o MJF é ideal para a fabricação de peças de uso final?

A MJF se diferencia de outros processos de manufatura aditiva por ser projetada para produzir maiores volumes de peças com grande complexidade, detalhamento e integridade estrutural. O MJF é uma solução popular para a fabricação de caixas de componentes eletrônicos, montagens mecânicas, gabinetes, gabaritos e acessórios precisos e duráveis.

Nas máquinas MJF atuais, a unidade de construção é um carrinho rolante conectado a uma estação de processamento incluída. Quando uma peça estiver completa, tudo o que você precisa fazer é mover o leito de pó para a estação de processamento para remover todo o excesso de pó. O pós-processamento pode ser feito em massa, dependendo dos requisitos técnicos da peça e, na maioria das vezes, há necessidade mínima de acabamento manual. Isso o torna adequado para execuções de produção de maior volume de peças funcionais.

O próprio sistema de leito de pó elimina a necessidade de suportes, com peças sendo encaixadas de forma eficiente na área de construção. Após a conclusão da peça, você também pode usar o pó não utilizado novamente para futuras tiragens de produção de impressão.

Impressão 3D MJF vs SLS:qual é a diferença?

Embora a sinterização seletiva a laser (SLS) seja bastante semelhante à MJF, as duas tecnologias têm algumas diferenças importantes. As impressoras SLS também depositam material em pó em uma área de construção camada por camada, no entanto, a máquina funde os materiais sinterizando partículas de pó e na camada subjacente da peça com um laser.

Você pode modular a potência do laser para alterar as propriedades do material da peça, embora os parâmetros desse recurso sejam limitados. A HP possui uma ampla seleção de agentes químicos, proporcionando mais oportunidades para alterar as propriedades de cada voxel da peça.

MJF vs. Moldagem por Injeção:o que é melhor para sua aplicação?

O MJF não é apenas uma potência em comparação com outras tecnologias AM - é também uma alternativa viável à moldagem por injeção. Com a moldagem por injeção, você tem que pagar pelo próprio molde e realizar muitas análises de DFM antes de produzir a peça. Também é restritivo em termos de geometria da peça e o lead time é significativamente maior, considerando o tempo que leva para produzir o molde e outras etapas do processamento.

Por outro lado, o MJF permite uma liberdade de design mais ampla, com prazos de entrega bastante reduzidos. Você também pode fazer alterações de design rapidamente com o MJF, pois não precisa confiar no molde. Se você está prestes a fazer uma produção com moldagem por injeção, considere definitivamente o MJF, especialmente se você espera criar grandes volumes de peças laterais pequenas a médias com geometrias complexas.

Em geral, o MJF é preferível para a criação de protótipos e para pequenas e médias produções. Você pode imprimir protótipos em poucos dias, e qualquer peça impressa em MJF terá propriedades mecânicas do mesmo calibre que a moldagem por injeção.

Quais são os exemplos de Multi Jet Fusion em ação?

Um caso de uso impressionante para a MJF vem da CNC Würfel, especialista em automação de fabricação e processos para a indústria automotiva e tecnologia médica, entre outros setores. Em 2017, a CNC Würfel substituiu fresadoras e tornos por impressão 3D para muitos de seus componentes. Isso reduziu drasticamente os tempos de produção e permitiu mais tempo gasto em testes de protótipos.

Isso se mostrou particularmente eficaz na produção do adaptador de garra da empresa, uma peça usada em correias transportadoras que requer várias peças complexas e sistemas de garra. Os processos tradicionais resultavam em oito a dez semanas de lead time e exigiam amplo conhecimento humano e intervenção que às vezes danificava a peça.

Para eliminar muitas das complexidades de fabricação do adaptador de garra, a CNC Würfel optou por imprimi-lo em 3D usando MJF. Isso imediatamente se mostrou benéfico, especialmente porque reduziu os tempos de produção de dois meses para facilmente menos de uma semana. O uso do MJF também economizou muito dinheiro para a empresa. A redução de custo para impressão da peça acabou sendo de 95% em relação à fabricação tradicional. Como benefício adicional, a peça impressa ficou 84% mais leve, mas ainda assim durável o suficiente para realizar suas tarefas.

Outro caso de uso forte para MJF é a câmera Z 3D da HP, desenvolvida para simplificar a captura e visualização em tempo real de documentos e outros objetos. Antes da invenção do MJF, a HP construiu a câmera a partir de três peças moldadas por injeção separadas, o que levou a semanas de prototipagem e custos incorridos para cada peça.

Mudar para MJF para produzir a câmera acelerou a produção, pois a nova tecnologia permitiu que a HP imprimisse uma única montagem em vez de três partes. Segundo a HP, esse pivô também reduziu o preço por peça de US$ 2,42 para US$ 0,36 e transformou a duração da prototipagem de semanas para dias. Além disso, a liberdade de design que vem com o MJF deu à HP a oportunidade de otimizar a orientação da câmera, o que elevou a qualidade do produto final.

MJF:dicas e truques úteis

Aqui estão algumas práticas recomendadas para aproveitar ao máximo a tecnologia MJF.

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  Reforce superfícies planas de paredes finas ou grandes com nervuras ou reforços e cerque os furos com ressaltos elevados quando possível.
  
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  Esteja ciente de que texto em relevo e recursos cosméticos menores que 0,5 mm podem não sobreviver ao pós-processamento secundário. Verifique a análise do DFM na cotação de sua peça para obter esses detalhes.
  
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  As paredes da sua peça devem ter entre 2,5 e 12,7 mm de espessura. Ir acima ou abaixo disso pode afetar as tolerâncias da sua peça.
  
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  Certifique-se de identificar claramente as superfícies cosméticas para que o fabricante evite recursos como degraus em ângulos oblíquos da peça.
  

Perguntas frequentes

Quais são os benefícios do MJF?

A MJF permite que você produza grandes quantidades de peças exclusivas sem depender de matrizes de várias impressoras. Ele também pode substituir o trabalho caro de fundição ou moldagem, e os atuais sistemas HP incluem uma estação de pós-processamento em massa anexada, que minimiza o acabamento manual.

Quais são as desvantagens do MJF?

O MJF é mais caro do que as tecnologias de impressão modulares como FDM, embora a qualidade seja mais alta e mais consistente para usos industriais.

As peças impressas em 3D MJF são resistentes à água?

PA 12 Nylon é um dos únicos materiais de impressão 3D resistentes à água. As paredes de uma peça MJF devem ter 1 mm de espessura para serem resistentes à água, enquanto espessuras de parede superiores a 4 mm tornam as peças estanques. As peças MJF também são quimicamente resistentes a graxas, álcalis, óleos e hidrocarbonetos alifáticos.

Qual é a precisão dimensional do MJF?

A precisão dimensional do MJF é de ± 0,3% com um limite inferior de ± 0,3 mm (0,012'').

Qual é o tamanho máximo de construção do MJF?

Com Hubs, o tamanho máximo de construção das peças MJF é 380 x 285 x 380 mm (14,9'' x 11,2'' x 14,9'').

Quais são os menores recursos que o MJF pode imprimir?

O tamanho mínimo do recurso que o MJF pode imprimir é 0,5 mm (0,02 pol.). As camadas de impressão do MJF têm 80 mícrons (0,0003 pol) de espessura, o que significa que pode produzir detalhes de superfície muito finos.